Jump to content

Ненавижу совокупление

Ненавижу совокупление
Назван в честь Макото Кумада
Тип реакции Реакция сцепления
Идентификаторы
Портал органической химии соединение ненависти
RSC Идентификатор онтологии RXNO: 0000144
Реакция сочетания Кумады, M = катализатор, обычно на основе комплексов Ni или Pd.

В органической химии представляет сочетание Кумады собой тип реакции перекрестного сочетания , полезной для образования углерод-углеродных связей в результате реакции реактива Гриньяра и органического галогенида. В этой процедуре используются на основе переходных металлов катализаторы , обычно никель или палладий, для соединения комбинации двух алкильных , арильных или винильных групп . Группы Роберта Корриу и Макото Кумады независимо сообщили о реакции в 1972 году. [1] [2]

Реакция примечательна тем, что является одним из первых описанных методов каталитического кросс-сочетания. Несмотря на последующее развитие альтернативных реакций ( Сузуки , Соногашира , Стилле , Хияма , Негиши ), связь Кумады продолжает использоваться во многих синтетических приложениях, включая промышленное производство алискирена , лекарства от гипертонии , и политиофенов , полезных в органических соединениях. электронные устройства.

Первые исследования каталитического сочетания реактивов Гриньяра с органическими галогенидами относятся к исследованию кобальтовых катализаторов Моррисом С. Харашем и Э. К. Филдсом в 1941 году. [3] В 1971 году Тамура и Кочи подробно остановились на этой работе в серии публикаций, демонстрирующих жизнеспособность катализаторов на основе серебра. [4] медь [5] и железо. [6] Однако эти ранние подходы давали низкие выходы из-за значительного образования продуктов гомосочетания, когда соединяются два идентичных вида.

Кульминацией этих усилий стал 1972 год, когда группы Корриу и Кумада одновременно сообщили об использовании никельсодержащих катализаторов. С введением палладиевых катализаторов в 1975 году группой Мурахаши сфера применения реакции еще больше расширилась. [7] Впоследствии было разработано множество дополнительных методов соединения, кульминацией которых стала Нобелевская премия по химии 2010 года, присудившая Эй-ити Негиши , Акире Судзуки и Ричарду Ф. Хеку за их вклад в эту область.

Механизм

[ редактировать ]
Принятый каталитический цикл для реакции кросс-сочетания Кумады

Палладиевый катализ

[ редактировать ]

Согласно широко распространенному механизму, катализируемое палладием сочетание Кумады считается аналогом роли палладия в других реакциях кросс-сочетания. Предлагаемый каталитический цикл включает состояния окисления как палладия (0), так и палладия (II). Первоначально богатый электронами катализатор Pd(0) ( 1 ) внедряется в связь R–X органического галогенида. Это окислительное присоединение образует органо-Pd(II)-комплекс ( 2 ). Последующее переметаллирование реактивом Гриньяра образует гетерометаллоорганический комплекс ( 3 ). Перед следующим шагом необходима изомеризация, чтобы привести органические лиганды рядом друг с другом во взаимно цис-положения. Наконец, восстановительное отщепление ( 4 ) образует углерод-углеродную связь и высвобождает продукт перекрестной связи при регенерации катализатора Pd(0) ( 1 ). [8] В палладиевых катализаторах часто определяющее скорость окислительное присоединение происходит медленнее, чем в никелевых каталитических системах. [8]

Никелевый катализ

[ редактировать ]
Пример перекрестной связи Кумады с никелем

Текущее понимание механизма катализируемого никелем сочетания ограничено. Действительно, полагают, что механизм реакции протекает по-разному в разных условиях реакции и при использовании разных никелевых лигандов. [9] В целом механизм еще можно описать как аналог палладиевой схемы (справа). Однако при определенных условиях реакции этот механизм не может объяснить все наблюдения. Исследование Вичика и его коллег с использованием тридентатного терпиридинового лиганда выявило промежуточные соединения каталитического цикла Ni(II)-Ni(I)-Ni(III), [10] предлагаю более сложную схему. Кроме того, считается, что при добавлении бутадиена в реакции участвует промежуточный продукт Ni(IV). [11]

Органические галогениды и псевдогалогениды

[ редактировать ]

Связь Кумады была успешно продемонстрирована для различных арил- и винилгалогенидов. Вместо галогенидного реагента также можно использовать псевдогалогениды, и было показано, что сочетание тозилата весьма эффективно. [12] и трифлат [13] виды в различных условиях.

Несмотря на широкий успех соединений арила и винила, использование алкилгалогенидов менее распространено из-за нескольких усложняющих факторов. Не имея π-электронов, алкилгалогениды требуют иных механизмов окислительного присоединения, чем арильные или винильные группы, и эти процессы в настоящее время плохо изучены. [9] Кроме того, присутствие β-водородов делает алкилгалогениды восприимчивыми к конкурентного элиминирования . процессам [14]

Эти проблемы удалось обойти благодаря наличию активирующей группы, такой как карбонил в α-бромкетонах, которая ускоряет реакцию. Однако связывание Кумады также осуществлялось с неактивированными алкильными цепями, часто с использованием дополнительных катализаторов или реагентов. Например, с добавлением 1,3-бутадиенов Камбе и его коллеги продемонстрировали катализируемые никелем соединения алкил-алкил, которые в противном случае были бы нереакционноспособными. [15]

Предполагается, что механизм этой реакции, хотя и плохо изучен, включает образование комплекса октадиенила никеля. Предлагается, чтобы этот катализатор сначала подвергался трансметаллированию с помощью реактива Гриньяра, прежде чем восстановительное отщепление галогенида, что снижает риск отщепления β-гидрида. Однако наличие промежуточного соединения Ni(IV) противоречит механизмам, предложенным для сочетания арил- или винилгалогенида. [11]

Предлагаемый механизм соединения Кумады с добавлением бутадиена.

реактив Гриньяра

[ редактировать ]

О сочетаниях с участием арильных и виниловых реагентов Гриньяра сообщалось в оригинальных публикациях Кумады и Корриу. [2] Алкиловые реактивы Гриньяра также можно использовать без затруднений, так как они не подвержены процессам отщепления β-гидрида. Хотя реактив Гриньяра по своей природе имеет плохую толерантность к функциональным группам, были проведены низкотемпературные синтезы с высокофункционализированными арильными группами. [16]

Катализаторы

[ редактировать ]

Сочетание Кумада может осуществляться с использованием различных катализаторов на основе никеля (II) или палладия (II). Структуры каталитических предшественников обычно могут быть сформулированы как ML 2 X 2 , где L представляет собой фосфиновый лиганд. [17] Обычный выбор для L 2 включает, среди прочего, бидентатные дифосфиновые лиганды, такие как dppe и dppp .

Работа Алоиса Фюрстнера и его коллег над катализаторами на основе железа показала разумные результаты. Предполагается, что катализатором в этих реакциях является «неорганический реактив Гриньяра», состоящий из Fe(MgX) 2 . [18]

Условия реакции

[ редактировать ]

Реакцию обычно проводят в тетрагидрофуране или диэтиловом эфире в качестве растворителя. Такие эфирные растворители удобны, поскольку являются типичными растворителями для получения реактива Гриньяра. [2] Из-за высокой реакционной способности реактива Гриньяра соединения Кумады имеют ограниченную толерантность к функциональным группам, что может быть проблематичным при крупномасштабном синтезе. В частности, реактивы Гриньяра чувствительны к протонолизу даже слабокислых групп, таких как спирты . Они также присоединяются к карбонилам и другим окислительным группам.

Как и во многих реакциях сочетания, палладиевый катализатор на основе переходного металла часто чувствителен к воздуху и требует инертной реакционной среды аргона или азота.

Образец синтетического препарата доступен на Organic Syntheses сайте .

Селективность

[ редактировать ]

Стереоселективность

[ редактировать ]

Как цис- , так и транс- олефингалогениды способствуют общему сохранению геометрической конфигурации при сочетании с алкилами Гриньяра. Это наблюдение не зависит от других факторов, включая выбор лигандов катализатора и виниловых заместителей. [17]

И наоборот, сочетание Кумады с использованием виниловых реактивов Гриньяра протекает без стереоспецифичности с образованием смеси цис- и транс- алкенов. Степень изомеризации зависит от множества факторов, включая соотношение реагентов и идентичность галогенидной группы. По мнению Кумады, эта потеря стереохимии объясняется побочными реакциями между двумя эквивалентами аллильного реактива Гриньяра. [17]

Энантиоселективность

[ редактировать ]
Хиральные лиганды для энантиоселективных связей Кумады. A: [Метоксиалкил(ферроценил)]монофосфин B: бис-оксазолин

Асимметричные соединения Кумады могут быть осуществлены за счет использования хиральных лигандов. При использовании плоских хиральных ферроценовых лигандов в арильных связях наблюдался энантиомерный избыток (ee) более 95%. [19] Совсем недавно Грегори Фу и его коллеги продемонстрировали энантиоконвергентные реакции α-бромкетонов с использованием катализаторов на основе бис-оксазолиновых лигандов, где хиральный катализатор превращает рацемическую смесь исходного материала в один энантиомер продукта с ee до 95%. [20] Последняя реакция также важна для участия традиционно недоступного алкилгалогенидного сочетания.

Энантиоконвергентное сочетание α-бромкетонов

Хемоселективность

[ редактировать ]

Реагенты Гриньяра обычно не связываются с хлорированными аренами. Эта низкая реакционная способность является основой хемоселективности внедрения никеля по связи C–Br бромхлорбензола с использованием катализатора на основе NiCl 2 . [21]

Сочетание Кумады, катализируемое NiCl 2 , проявляет галоселективность по бромхлорбензолу.

Приложения

[ редактировать ]

Синтез алискирена

[ редактировать ]

Муфта Кумада подходит для крупномасштабных промышленных процессов, таких как синтез лекарств. Реакция используется для построения углеродного скелета алискирена (торговое название Тектурна), средства для лечения гипертонии . [22]

Кумада-сочетание в синтезе алискирена

Синтез политиофенов

[ редактировать ]

Сочетание Кумады также перспективно в синтезе сопряженных полимеров , таких как полиалкилтиофены (ПАТ), которые имеют множество потенциальных применений в органических солнечных элементах и ​​светоизлучающих диодах . [23] В 1992 году МакКоллоу и Лоу разработали первый синтез региорегулярных полиалкилтиофенов, используя схему сочетания Кумады, изображенную ниже, которая требует отрицательных температур. [24]

Синтез политиофенов методом сочетания Кумады.

С момента этого первоначального приготовления синтез был улучшен для получения более высоких выходов и работы при комнатной температуре. [25]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Корриу, RJP; Масс, JP (1 января 1972 г.). «Активация реагентов Гриньяра комплексами переходных металлов. Новый и простой синтез транс-стильбенов и полифенилов». Журнал Химического общества, Химические коммуникации (3): 144a. дои : 10.1039/C3972000144A .
  2. ^ Jump up to: а б с Тамао, Кохей; Сумитани, Кодзи; Кумада, Макото (1 июня 1972 г.). «Селективное образование углерод-углеродной связи путем кросс-сочетания реагентов Гриньяра с органическими галогенидами. Катализ никель-фосфиновыми комплексами». Журнал Американского химического общества . 94 (12): 4374–4376. дои : 10.1021/ja00767a075 .
  3. ^ Хараш, М.С.; Филдс, EK (1 сентября 1941 г.). «Факторы, определяющие ход и механизмы реакций Гриньяра. IV. Влияние галогенидов металлов на реакцию арильных реагентов Гриньяра и органических галогенидов1». Журнал Американского химического общества . 63 (9): 2316–2320. дои : 10.1021/ja01854a006 .
  4. ^ Джей К. Кочи и Масухико Тамура (1971). «Механизм катализируемой серебром реакции реактивов Гриньяра с алкилгалогенидами». Дж. Ам. хим. Соц. 93 (6): 1483–1485. дои : 10.1021/ja00735a028 .
  5. ^ Кочи, Джей К.; Тамура, Масухико (1 марта 1971 г.). «Алкилмедь (I) при сочетании реагентов Гриньяра с алкилгалогенидами». Журнал Американского химического общества . 93 (6): 1485–1487. дои : 10.1021/ja00735a029 .
  6. ^ Тамура, Масухико; Кочи, Джей К. (1 марта 1971 г.). «Винилирование реактивов Гриньяра. Катализ железом». Журнал Американского химического общества . 93 (6): 1487–1489. дои : 10.1021/ja00735a030 .
  7. ^ Ямамура, Масааки; Моритани, Ичиро; Мурахаси, Сюн-Ичи (27 мая 1975 г.). «Реакция комплексов σ-винилпалладия с алкиллитиями. Стереоспецифические синтезы олефинов из винилгалогенидов и алкиллитий». Журнал металлоорганической химии . 91 (2): C39–C42. дои : 10.1016/S0022-328X(00)89636-9 .
  8. ^ Jump up to: а б Кнаппке, Кристиана Э.И.; Якоби фон Вангелин, Аксель (2011). «35 лет катализируемой палладием кросс-сочетания с реагентами Гриньяра: как далеко мы продвинулись?». Обзоры химического общества . 40 (10): 4948–62. дои : 10.1039/c1cs15137a . ПМИД   21811712 .
  9. ^ Jump up to: а б Ху, Силе (2011). «Кросс-сочетание неактивированных алкилгалогенидов, катализируемое никелем: механистическая перспектива». хим. Наука . 2 (10): 1867–1886. дои : 10.1039/c1sc00368b .
  10. ^ Джонс, Гэвин Д.; Макфарланд, Крис; Андерсон, Томас Дж.; Вич, Дэвид А. (1 января 2005 г.). «Анализ ключевых этапов каталитического кросс-сочетания алкилэлектрофилов в условиях, подобных Негиши». Химические коммуникации (33): 4211–3. дои : 10.1039/b504996b . ПМИД   16100606 .
  11. ^ Jump up to: а б Фриш, Аня К.; Беллер, Матиас (21 января 2005 г.). «Катализаторы реакций кросс-сочетания с неактивированными алкилгалогенидами». Angewandte Chemie, международное издание . 44 (5): 674–688. дои : 10.1002/anie.200461432 . ПМИД   15657966 .
  12. ^ Лиммерт, Майкл Э.; Рой, Эми Х.; Хартвиг, Джон Ф. (1 ноября 2005 г.). «Сочетание Кумада арил- и винилтозилатов в мягких условиях». Журнал органической химии . 70 (23): 9364–9370. дои : 10.1021/jo051394l . ПМИД   16268609 .
  13. ^ Бусакка, Карл А.; Эрикссон, Магнус К.; Фиаски, Рита (1999). «Кросс-сочетание винилтрифлатов и алкильных реагентов Гриньяра, катализируемое комплексами никеля (0)». Буквы тетраэдра . 40 (16): 3101–3104. дои : 10.1016/S0040-4039(99)00439-6 .
  14. ^ Рудольф, Алена; Лаутенс, Марк (30 марта 2009 г.). «Вторичные алкилгалогениды в реакциях перекрестного сочетания, катализируемых переходными металлами». Angewandte Chemie, международное издание . 48 (15): 2656–2670. дои : 10.1002/anie.200803611 . ПМИД   19173365 .
  15. ^ Терао, июнь; Ватанабэ, Хидеюки; Икуми, Аки; Куниясу, Хитоши; Камбе, Нобуаки (1 апреля 2002 г.). «Никель-катализируемая реакция перекрестного сочетания реагентов Гриньяра с алкилгалогенидами и тозилатами: замечательный эффект 1,3-бутадиенов». Журнал Американского химического общества . 124 (16): 4222–4223. CiteSeerX   10.1.1.604.5758 . дои : 10.1021/ja025828v . ПМИД   11960446 .
  16. ^ Адрио, Хавьер; Карретеро, Хуан К. (15 ноября 2010 г.). «Функционализированные реагенты Гриньяра в реакциях кросс-сочетания Кумады». ChemCatChem . 2 (11): 1384–1386. дои : 10.1002/cctc.201000237 . S2CID   98429919 .
  17. ^ Jump up to: а б с Кумада, М. (1 января 1980 г.). «Комплекс никеля и палладия катализирует реакции кросс-сочетания металлоорганических реагентов с галогенорганическими соединениями» . Чистая и прикладная химия . 52 (3): 669–679. дои : 10.1351/pac198052030669 .
  18. ^ Фюрстнер, Алоис; Лейтнер, Андреас; Мендес, Мария; Краузе, Хельга (1 ноября 2002 г.). «Реакции кросс-сочетания, катализируемые железом». Журнал Американского химического общества . 124 (46): 13856–13863. дои : 10.1021/ja027190t . ПМИД   12431116 .
  19. ^ Хаяси, Тамио; Ямамото, Акихиро; Ходзё, Масахиро; Киши, Кохей; Ито, Ёсихико; Нисиока, Эрико; Миура, Хитоши; Янаги, Казунори (1989). «Асимметричный синтез, катализируемый хиральными комплексами ферроценилфосфин-переходный металл». Журнал металлоорганической химии . 370 (1–3): 129–139. дои : 10.1016/0022-328X(89)87280-8 .
  20. ^ Лу, Ша; Фу, Грегори К. (3 февраля 2010 г.). «Никель/бис(оксазолин)-катализируемые асимметричные реакции Кумады алкилэлектрофилов: кросс-сочетания рацемических α-бромкетонов» . Журнал Американского химического общества . 132 (4): 1264–1266. дои : 10.1021/ja909689t . ПМЦ   2814537 . ПМИД   20050651 .
  21. ^ Икома, Ёсихару; Андо, Казухико; Наой, Ёситаке; Акияма, Такео; Сугимори, Акира (1 февраля 1991 г.). «Селективность галогенов в катализируемом солями никеля перекрестном сочетании арильных реагентов Гриньяра с бромхлорбензолами - новый метод синтеза несимметричного терфенила». Синтетические коммуникации . 21 (3): 481–487. дои : 10.1080/00397919108016772 .
  22. ^ Джонсон и Ли (2010). Современный синтез лекарств . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 153–154. ISBN  978-0-470-52583-8 .
  23. ^ Ченг, Йен-Джю; Ян, Шэн-Сюн; Сюй, Чейн-Шу (11 ноября 2009 г.). «Синтез сопряженных полимеров для применения в органических солнечных элементах». Химические обзоры . 109 (11): 5868–5923. дои : 10.1021/cr900182s . ПМИД   19785455 .
  24. ^ Маккалоу, Ричард Д.; Лоу, Рене Д. (1 января 1992 г.). «Повышенная электропроводность в региоселективно синтезированных поли(3-алкилтиофенах)». Журнал Химического общества, Химические коммуникации (1): 70. doi : 10.1039/C39920000070 .
  25. ^ Лоу, Роберт С.; Юбэнк, Пол С.; Лю, Цзиньсун; Чжай, Лей; Маккалоу, Ричард Д. (1 июня 2001 г.). «Региорегулярные поли(3-алкилтиофены), связанные голова к хвосту, стали проще с помощью метода GRIM: исследование реакции и происхождения региоселективности». Макромолекулы . 34 (13): 4324–4333. Бибкод : 2001МаМол..34.4324L . дои : 10.1021/ma001677+ .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: dca3a0e3ea2751180ac55b96ef1adb9d__1704944580
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/dc/9d/dca3a0e3ea2751180ac55b96ef1adb9d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Kumada coupling - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)